Lundi 2 décembre 2024, un cube étrange a fait son apparition sur notre campus au niveau du parking du bâtiment Archimède : le cube EIKO pour un stockage d’énergie électrique à base de batteries de seconde vie. Il s’agit d’un démonstrateur bâtiment-électromobilité implémenté sur le campus Lyon Tech la Doua. 

Le succès de la transition énergétique dépend de nombreux défis : impacts environnementaux, modifications de comportements, approvisionnements énergétiques, pour ne citer que les principaux. L’habitat et le transport consomment plus de 75% de l’énergie en France. La maîtrise énergétique à partir d’une approche systémique incluant ces deux domaines est donc pertinente mais aussi nécessaire pour optimiser le développement des sources d'énergie ainsi que la gestion entre ces dernières et les divers postes de consommation. 

L’utilisation de stockage est aussi indispensable pour assurer l’adéquation entre l’offre et la demande en énergie, notamment dans le cadre d’un recours aux énergies renouvelables et intermittentes de plus en plus fréquent. En conséquence, le développement d’un réseau « intelligent » reliant tous ces dispositifs (sources, consommation et stockage) et qui permettrait l’optimisation des usages, prend tout son sens.

C’est pourquoi dans le cadre du projet Grid4Mobility ce cube a été disposé sur le campus. À terme, ce système sera alimenté par la centrale solaire de 30kWc installée sur le démonstrateur et sa capacité de 100kWh permettra de stocker l’équivalent de deux véhicules électriques légers. Fourni par la société Mob-Energy, ce système, utilisé à des fins de recherche, sera un élément de stockage du micro-réseau DC maillé qui assure la gestion intelligente de l’énergie.

Le cube EIKO est un démonstrateur de bâtiment-électromobilité implémenté sur le campus Lyon Tech la Doua. 

« Contrôle actif de l'ensemble roue-pneu pour la réduction de la transmission vibratoire solidienne »

Doctorant : Antoine CARVALHO

Laboratoire INSA : LaMCos

École doctorale :  ED162 MEGA

Avec l’essor des véhicules électriques, le bruit de roulement jusqu’alors masqué par d’autres sources de pollutions sonores émanantes des véhicules pose un réel problème de confort pour les passagers. La structure des véhicules, les pneumatiques ainsi que les systèmes de suspensions permettent d’atténuer certains effets indésirables du contact pneu-chaussée à hautes et basses fréquences. Cependant peu de solutions techniques sont déployées pour traiter les phénomènes vibratoires transmis par les ensembles montés entre 200 et 500 Hz. Cette thèse est construite autour de trois axes : l’approfondissement de la compréhension du comportement dynamique des assemblage roue-pneu, la mise au point et maitrise d’un set de dispositifs expérimentaux, la réalisation d’un système et d’une loi de contrôle permettant de diminuer les efforts transmis dans les moyeux. Des travaux effectués sur 4 différents dispositifs expérimentaux ont permis de minimiser les incertitudes liées à la dynamique évolutive de la structure à contrôler. Ceci permettant de mieux définir le champ d’action de la solution à proposer. Par le biais de ces résultats un réseau de transducteurs piézoélectriques, utilisés comme capteur et actionneurs, est proposé. Différentes solutions de contrôle robuste ont été étudiées, notamment une combinant du contrôle actif et un filtre modal spatial ainsi qu’une autre exploitant un contrôleur à mode glissant. Ces solutions ont d’abord été étudié numériquement puis elles ont été testées sur la structure à l’échelle 1:1. En parallèle de ces travaux, des études de robustesses des solutions proposés ont été réalisé. Le système de contrôle le plus avancé est finalement testé dans des conditions réalistes de fonctionnement avec un chargement, un contact avec le pneumatique assimilable à celui obtenu avec la chaussé et avec rotation de l’ensemble. Une atténuation des deux modes ciblés est obtenue pour différentes vitesses de rotation.

Cette conférence tentera d'apporter des réponses aux questions et aux malentendus qui subsistent sur le développement du véhicule électrique et de l'éolien.

Après avoir analysé le contexte et les enjeux de décarbonation, un éclairage sera apporté sur l'absolue nécessité de développer massivement les véhicules électriques et l'éolien dans le cadre de la transition énergétique électrique. Conférence suivie d'une séance de dédicace et de vente des livres de Cédric Philibert.

Probabilistic Metamodels to Assess Global NVH Performance of Electric Vehicles

Doctorant : Vinay PRAKASH

Laboratoire INSA : LVA

Ecole doctorale : ED162 MEGA

L'électromobilité pose de nouveaux défis en matière de conception et de développement des véhicules. Les caractéristiques de bruit, de vibration et de rudesse (NVH) d'un véhicule sont cruciales, car elles influencent à la fois le confort des passagers et les considérations environnementales. L'évolution rapide des véhicules électriques (VE) nécessite une prise de décision rapide de la part des concepteurs NVH dès les premières étapes du cycle de conception. L'évaluation des risques NVH devient encore plus difficile en raison de la présence de divers paramètres fonctionnels (par exemple, les conditions de fonctionnement, les paramètres de conception) et des différentes incertitudes qui y sont associées, par exemple, la connaissance partielle, la dispersion des données basées sur les mesures, etc. En conséquence, ce travail se concentre sur le développement de métamodèles probabilistes rapides et complets capables de quantifier de telles incertitudes reliant les paramètres fonctionnels aux indicateurs globaux de performance NVH. L'accent est mis en particulier sur l'évaluation des bruits tonaux à bande étroite provenant des groupes motopropulseurs électriques des VE à batterie, ainsi que sur les bruits de masquage à bande large résultant du vent aérodynamique et des effets de l'interaction pneu-chaussée. La méthodologie choisie utilise un cadre bayésien couplé à des techniques d'échantillonnage de Markov Chain Monte Carlo. Cette approche facilite l'incorporation de connaissances préalables (par exemple, d'experts du domaine automobile) et permet la propagation d'incertitudes à travers de multiples domaines physiques, qui sont estimés par des approches semi-analytiques enrichies par des bases de données expérimentales. Le cadre probabiliste développé est censé fournir un soutien inestimable aux concepteurs NVH en les aidant à déterminer/affiner les paramètres fonctionnels, à évaluer les niveaux acoustiques globaux à l'intérieur de la cabine passagers et à prendre des décisions éclairées dans la recherche d'améliorations des performances NVH des véhicules.

Entre impératifs environnementaux et normes européennes, les territoires tendent vers une mobilité « zéro-émission » plus durable. Si dans les villes, la piste de l’électrique a le champ libre, le secteur automobile voit son modèle bouleversé et se trouve confronté à une problématique de taille : celle de la formation aux métiers de la mobilité électrique. 
Au sein de l’INSA Lyon, un nouveau mastère spécialisé souhaite répondre aux besoins engendrés par les mutations de la filière. Intitulé « expert en véhicules électrifiés », ce diplôme accueillera sa première promotion en octobre 2022. 
Sébastien Morterolle, maître de conférences au département génie mécanique et chercheur au LaMCos¹, déjà très engagé dans le projet « Campus Auto’Mobilités », en est le responsable pédagogique. 

En mai 2020, dans une interview dédiée au lancement du campus Auto’Mobilités, vous parliez d’un « modèle à parfaire » au sujet de la mobilité « zéro-émission ». À quels modèles de mobilité doit-on s’attendre dans les prochaines années ?
Ce qui est certain, c’est qu’en terme de prospective, les zones urbaines deviendront des zones à faibles émissions dans lesquelles le véhicule thermique n’aura plus sa place. Ensuite, les véhicules lourds pour les trajets inter-agglomérations conserveront certainement des motorisations hybrides et thermiques car sur les trajets autoroutiers, les bénéfices de l’électrique ne sont pas forcément immédiats. Cependant, ce qu’il faut bien garder en tête, c’est qu’un véhicule reste un outil qui a besoin d’énergie pour fonctionner. Même si l’électrique léger sera privilégié pour limiter la pollution et les maladies respiratoires associées, l’empreinte carbone d’un déplacement n’en sera jamais nulle, malgré la plage de haut rendement plus large de l’électrique. Au-delà du véhicule en tant que tel, il y a l’aspect de l’usage sur lequel le futur de la mobilité devra s’appuyer. En optimisant ses usages en fonction par exemple du nombre de passagers ou de kilomètres à parcourir, il faudra savoir choisir le véhicule adapté, entre le vélo, la voiture électrique, le métro ou le train, pour aller vers une mobilité durable. L’adaptation de l’usage aura plus d’impact sur la consommation énergétique que la technologie employée en elle-même. Pour permettre aujourd’hui à l’électrique de rentrer dans ce panachage de solutions, il faut former des spécialistes car la mobilité du futur, qu’elle soit toute électrique ou en partie, aura besoin de compétences spécifiques.

Le mastère « expert en véhicules électrifiés » souhaite donc répondre aux besoins de compétences d’un secteur automobile en pleine mutation. Quels sont les enjeux de formation pour la filière ?
Lorsque l’on a commencé à entendre parler du véhicule électrique il y a quelques années, cela paraissait lointain. Aujourd’hui, on assiste à un réel basculement sociétal vers l’électrique, notamment en raison des normes européennes et locales de plus en plus sévères sur les seuils d’émissions de particules autorisés. Seulement, ces technologies, qu’elles soient hybrides ou électriques, nécessitent des compétences différentes des moteurs thermiques sur lesquels les ingénieurs sont classiquement formés. À l’INSA Lyon, nous pouvons compter sur des expertises en génie électrique et mécanique, donc la mise en place de ce mastère spécialisé s’est faite naturellement. Nous sommes aussi engagés depuis un certain temps sur le campus Auto’Mobilités, qui s’applique déjà à faire la promotion des métiers automobiles électriques et compte sur un réseau d’entreprises, d’industriels et d’établissements régional important. 

Pourquoi rejoindre cette formation ? À qui s’adresse ce mastère spécialisé ?
Le diplôme « expert en véhicules électrifiés » est à destination de tous les candidats aspirant à connaître les nouvelles technologies embarquées et maîtriser les méthodes de conceptions de ces systèmes complexes. L’idée de cette formation est d’apporter une coloration pluridisciplinaire sur toute la chaîne de traction du véhicule. Du réservoir à la roue en passant par le contrôle-commande, le programme aborde aussi la motorisation et l’énergie électrique et hydrogène. Globalement, le diplômé aura toutes les clés pour pouvoir gérer au mieux l’ensemble des systèmes du véhicule électrique, léger ou lourd. Un module est également consacré à la pile à hydrogène, sa modélisation et son intégration au véhicule. Cette formation compte 360 heures d’enseignements concrets et opérationnels assurés à 50 % par des professionnels et se complète d’une mission en entreprises de 4 à 6 mois. D’ailleurs, les diplômés pourront compter sur la force du réseau du campus Auto’Mobilités et de l’INSA Lyon tout en positionnant leurs carrières sur un marché porteur en France ou à l’international.

Le véhicule du futur sera-t-il volant, autonome ou électrique ? Enseignant-chercheur au laboratoire Ampère et au département génie mécanique, Éric Bideaux vient d’être nommé responsable de l’enjeu « transport : structures, infrastructures et mobilités ». Pour lui, aucun doute : les mobilités de demain seront celles qui répondront aux impératifs énergétiques et environnementaux. Et parmi les nombreux challenges que l’enjeu impose, la réponse n’est peut-être pas aussi millimétrée qu’un roulement de vilebrequin… Interview.

Véhicules, infrastructures, usages… Les nouvelles mobilités constituent un domaine de recherche très vaste. Comment pourrait-on résumer les objectifs et l’organisation des travaux autour de cet enjeu au sein de l’INSA Lyon ?

Effectivement, les challenges soulevés par cet enjeu sont nombreux et nos laboratoires travaillent à deux aspects, très interdépendants : la question énergétique et celle de l’environnement. Il existe plusieurs façons d’opérer pour travailler à ces questions. D’abord, nous cherchons à optimiser les technologies existantes : réduire les pertes, récupérer l'énergie disponible, réduire les émissions ou travailler sur les matériaux par exemple. Puis, il y a l’aspect peut-être un peu plus impressionnant, celui du développement de nouvelles architectures innovantes, l’électrique et l’hybride, la voiture autonome et connectée, etc. Et enfin, vient la question des usages : comment réfléchir sur les usages et les mobilités adaptés et quelles sont leurs conséquences sur les infrastructures ? Nous avons à l’INSA une richesse au niveau de la recherche assez unique en son genre qui nous permet d'associer un large spectre de compétences scientifiques sur ces différents sujets. Pour produire, développer et améliorer un secteur aussi pluridisciplinaire que le transport, c’est un atout non-négligeable. Le campus est aussi un territoire d’expérimentation incroyable pour jouer avec les nouvelles mobilités et leurs interactions avec les infrastructures : entretenir le lien avec la formation est important, et je tiens à le souligner, nos étudiants sont déjà très inventifs, mais c'est notre rôle de les associer à ces travaux et d'éveiller leur curiosité ainsi que le goût de l'innovation. Les idées les plus farfelues sont parfois les plus intéressantes !  

Vous êtes chercheur au laboratoire Ampère¹, au sein duquel les recherches font la part belle à l’électrique et à l’automatique. Votre nouvelle nomination à « l’enjeu transport » signifie-t-elle que le développement du véhicule électrique est prometteur pour répondre aux enjeux énergétiques et environnementaux ?

Il est certain que la révolution du véhicule électrique existe déjà, et nous irons certainement vers des voies d’amélioration sur ces architectures et leurs usages. Mais je crois très sincèrement que la solution universelle n’existe pas. L’électrique pose des difficultés environnementales de production, de stockage et de recyclage, par exemple les terres rares des moteurs ou la reconversion des batteries : pas besoin d’aller plus loin pour comprendre qu'il y a encore une large place pour la recherche et l'innovation. Cependant, c’est une solution qui peut correspondre à un certain type d’usage, et je crois que c’est dans cette direction que nous trouverons un équilibre : en diversifiant les solutions techniques. Je fais effectivement partie du laboratoire Ampère avec une spécialité en ingénierie des systèmes multiphysiques et automatique. Depuis plus de 25 ans, je m’intéresse aux questions énergétiques, en particulier des véhicules. Je crois que c’est cela qui m’intéresse dans cette nouvelle casquette de responsable d’enjeu : travailler avec chaque laboratoire, sans a priori sur la source d’énergie utilisée et avec la conviction que la diversité est une clé essentielle pour un transport moins impactant sur l’environnement. En fait, il n’est pas question pour nous, chercheurs, de dire « voilà la solution », mais plutôt de donner aux industriels et à la société les outils et les méthodes pour avancer dans un contexte donné. Ici, avec l’impératif énergétique et environnemental. 

S’il n’existe pas de solution unique, pensez-vous que le véhicule du futur existe quand même ? Les véhicules autonomes-volants et autres spinners -écologiques- tous droits sortis de Blade Runner ne resteront-ils que des chimères ? 

Peut-être que ce type de véhicule existera un jour, qui sait ! Plus sérieusement, je crois que le véhicule du futur n’est pas celui que l’on imagine. Il dépendra surtout des usages et des législations, qui sont peut-être les seules à pouvoir faire évoluer rapidement le parc automobile d’un pays, en favorisant une solution plus qu’une autre. Il existe tout un tas de pistes à creuser sur les transports, du véhicule à son usage. Par exemple, nous avions travaillé à la conception de la première pelleteuse entièrement électrique il y a déjà plus de 5 ans. Aucune émission de polluants, un niveau de bruit moindre et une efficacité énergétique plus élevée que la mini pelle traditionnelle : c’était une vraie révolution pour les professionnels. Mais nous pouvons aller un peu plus loin dans l’exploration de nouvelles pistes. Voyez plutôt : aujourd’hui, nous considérons un véhicule comme un objet nous permettant de nous déplacer d’un point A à un point B. Pourtant, lorsqu’il est arrêté, il est inutile. Ne serait-ce pas ici quelque chose à explorer ? Ne peut-il pas servir, en plus de nous assister dans les déplacements, à autre chose ? Pour moi, le véhicule du futur naîtra de ces réflexions. Parce que le véhicule autonome, c’est très beau sur le papier : une machine parfaite conductrice, qui vous emmène à bon port en toute sécurité. Mais en matière d’usage, quelle différence y a-t-il avec une rame de métro autonome comme celles de la ligne D du réseau lyonnais ? La question est : à quel besoin répond le véhicule autonome ?

Vous parliez de la législation capable de faire avancer le changement en matière de transport. Le chercheur et l’ingénieur n’ont-ils pas leur mot à dire dans le débat public aux côtés des industriels et des législateurs ? Notamment sur cette affaire de questionner le besoin ?

La société gagnerait à intégrer un peu plus les scientifiques au débat, c’est certain. Mais cela sous-entendrait peut-être que la technique est neutre, ce qui n’est pas le cas : tous les chercheurs n’ont pas le même avis et les mêmes points de vue ! Et c’est ce qui fait toute la richesse de la recherche aujourd’hui. En matière de transport, les solutions qui émergent auront toujours un impact énergétique et environnemental, même si la technique peut participer à l’amoindrir. Nous serons toujours, chercheurs et citoyens, confrontés à un dilemme. Les avancées résideront dans les choix. Je crois que notre rôle de scientifique est surtout de donner à la société civile, les moyens de faire ses choix, et c’est dans cet esprit que je souhaite faire avancer l’enjeu de recherche au sein de l’établissement.

[1] Laboratoire Ampère (UMR CNRS 5005) : Génie Électrique, Automatique, Bio-ingénierie (INSA Lyon/ECL/LYON1/CNRS)

Dans une France confinée, une pause s’est imposée à la mobilité : des autoroutes tranquilles, peu de transports individuels roulant en centre-ville, un ciel bleu dénué d’avions… Pour le moment. À l’heure où le déconfinement s’annonce, le souvenir du bourdonnement des villes et de ses voitures nous revient progressivement en mémoire. Comment doit-on imaginer la mobilité de l’après-confinement ? Sébastien Morterolle, maître de conférences au département génie mécanique et chercheur au LaMCos¹ mise sur l’électrification des véhicules. D’ailleurs, il fait partie du comité de pilotage du campus des métiers Auto’Mobilités. Explications.

L’Être nomade en quête du « zéro émission »
La mobilité est figée depuis 52 jours déjà. La réflexion date de plusieurs années pour les grandes villes du pays : envisager de nouveaux plans de mobilité pour leurs centres, entre impératifs environnementaux et normes européennes d’émissions de gaz à effet de serre. « Depuis des mois déjà, les villes accéléraient le mouvement vers le ‘zéro émission’ en envisageant des zones privilégiées, en souvenir des sanctions de la justice européenne sur le NO₂ notamment. Du côté des équipementiers automobiles, il fallait aussi changer son fusil d’épaule car depuis 2014, nos dirigeants européens avaient validé le règlement ‘Corporate Average Fuel Economy’ (CAFE) qui plafonne le rejet de CO₂ des nouveaux véhicules à 95g/km, favorisant le développement des véhicules électriques dans les parcs automobiles. D’ailleurs, on peut apercevoir de plus en plus de voitures électriques dans les grandes villes et petit à petit, on voit des camions poids-lourds assurer des livraisons et le ramassage des déchets ménagers. Les enjeux de la mobilité sont plus que jamais d’actualité », introduit Sébastien Morterolle. 

Si les solutions alternatives au modèle vieillissant du « chacun sa voiture diesel ou essence » n’avaient pas fini de convaincre le plus réticent des consommateurs, la crise sanitaire aurait-elle accéléré une prise de conscience de l’hyper-mobilité à laquelle il était habitué ? « Il est peut-être trop tôt pour annoncer un tournant décisif à l’heure actuelle mais le confinement nous ayant immobilisés, je pense qu’une prise de conscience du côté des consommateurs a été amorcée plus rapidement qu’espéré. De plus, 2020 est une année charnière pour le véhicule électrique, grâce au dispositif de bonus européen », poursuit Sébastien.

Repenser les usages et les matériaux
Le 12 mars 2020, le Président de la République annonçait vouloir « tirer des leçons du moment que nous traversons, interroger le modèle de développement dans lequel s’est engagé notre monde depuis des décennies ». Le secteur de la mobilité n’a pas attendu cette injonction pour remettre en question son modèle, voyant planer au-dessus de sa tête l’enjeu environnemental, incompatible avec les milliards de moteurs à explosion encore endormis dans nos garages de conducteurs confinés. Entre différentes technologies émergentes, Sébastien, lui, travaille à l’hybridation des moteurs. « Les recherches au sein de laboratoires de l’INSA se concentrent sur l’électrification des véhicules et la gestion optimale de l’énergie, ainsi qu’au développement des batteries, de la pile à hydrogène et du véhicule connecté. Ce sont des technologies émergentes dont il faut parfaire le modèle. Parmi les enjeux de l’automobile électrique, le recyclage des batteries et la source de production de l’électricité sont deux grands aspects à traiter pour réellement réduire le coût écologique de ces véhicules. Autrement, on ne ferait que déplacer le problème. »

Selon Sébastien, repenser le véhicule et ses aspects techniques ne sont qu’une partie de l’iceberg. « Une fois le véhicule en lui-même repensé de façon plus ‘propre’, il faut s’atteler à l’offre de service qui l’accompagne. En développant des véhicules électriques, il faut penser un nouvel environnement qui permettra l’accès aux bornes de recharge. Un autre paramètre à envisager est celui de l’évolution des usages de déplacements : par exemple, le ‘free-floating’, un modèle d’autopartage en libre-service sans borne qui permettrait de réduire drastiquement l’usage de la voiture personnelle en ville se développe à vitesse grand V », poursuit Sébastien. 

Former les jeunes générations aux enjeux du futur de la mobilité
À nouvelle ère pour la mobilité, nouvelles compétences à développer pour les prochaines générations de professionnel du transport. Les besoins en maintenance électrique sur les véhicules et les bornes de recharges se faisant déjà sentir, les étudiants ont besoin de basculer vers ces nouvelles technologies pour entrer dans le monde du travail. Pour faire avancer la formation autour de ces nouveaux métiers de la mobilité, des établissements de formation, des laboratoires, des enseignants et des professionnels de l’automobile se sont réunis autour d’un important projet : le campus des métiers Auto’Mobilités. « Notre objectif est double : mettre en lien le monde universitaire académique avec les industriels tout en répondant aux enjeux de mutations technologiques et sociologiques de la mobilité. Le comité de pilotage, actif depuis trois ans, travaille à identifier les grands besoins de l’avenir de la mobilité, notamment électrique. Le campus a pour vocation de réfléchir aux nouvelles compétences à développer pour les futurs experts et mettre en place des actions pour orienter les jeunes vers ces futurs métiers », poursuit le maître de conférences.  

L’INSA Lyon : le lieu totem du campus
Le projet campus Auto’Mobilités a déjà bénéficié d’une subvention nationale comme Projet d’Investissement d’Avenir (PIA) pour financer un banc d’essai à rouleaux que les étudiants ont déjà expérimenté pour tester les véhicules. « L’idée du campus est de créer un lieu vitrine autour de « l’automobilité », toujours pour attirer les futurs étudiants et surtout, aménager un espace dédié qui renforcerait le sentiment d’appartenance au secteur qui n’attire plus beaucoup depuis quelques années. Pour donner corps au projet, nous souhaitons que l’INSA Lyon devienne le lieu totem de cette thématique car beaucoup d’acteurs insaliens travaillent sur la mobilité et de nombreuses formations sont « colorées » véhicule , comme la mécatronique. Nous plaçons beaucoup d’espoirs dans cette initiative, notamment avec la création d’un mastère spécialisé mention conception véhicule électrique dont les cours se dérouleraient dans nos murs, à l’INSA Lyon. En attendant la labellisation du projet dont la demande est en pause en raison de la crise sanitaire, et en attendant la mobilité du futur, restons encore un peu chez nous », conclut Sébastien Morterolle.

¹ Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (INSA Lyon/CNRS)